Analisis Quality of Service (QoS) Video Streaming
Dengan Menggunakan Metode Differentiated Service dan Hierarchical Token Bucket
Artikel Ilmiah
Peneliti:
Ebenhaezer Patandung (672011049) Wiwin Sulistyo, S.T, M.Kom
Program Studi Teknik Informatika Fakultas Teknologi Informasi Universitas Kristen Satya Wacana
1. Pendahuluan
Dewasa ini internet merupakan salah kebutuhan yang tidak dapat dipisahkan dari kehidupan manusia, karena perannya yang sangat banyak maka pada setiap lapisan masyarakat, internet pasti digunakan. Salah satu layanan dari internet yang populer digunakan saat ini adalah video streaming, baik itu secara langsung (live streaming) maupun pre-recorder.
Video streaming merupakan sebuah fitur untuk memutar video yang membutuhkan bandwidth yang cukup besar tergantung dari kualitas video yang dimainkan. Untuk menjaga kualitas dari video yang dimainkan maka dibutuhkan jaringan yang memiliki Quality of Service (QoS). Adapun parameter yang digunakan dalam Quality of Service (QoS) untuk menjaga kualitas video streaming adalah delay, jitter, packet loss, throughput.
Differentiated Service (DiffServ) dan Hierarchical Token Bucket (HTB) merupakan salah satu metode dari sekian banyak metode QoS yang ada. Kedua metode ini dipilih karena memiliki cara pendekatan yang berbeda pada QoS namun memiliki tujuan yang sama yaitu untuk menjaga kualitas dari layanan pada jaringan komputer, metode DiffServ menggunakan nilai Differentiated Service Code Point (DSCP) untuk menklasifikasikan pengiriman paket kedalam kelas-kelas sehingga paket dikirim sesuai dengan prioritas yang telah ditentukan, sedangkan metode HTB merupakan teknik penjadwalan paket yang diperkenalkan bagi router berbasis Linux, dikembangkan pertama kali oleh Martin Devera pada akhir 2001 untuk diproyeksikan sebagai pilihan (atau pengganti) mekanisme penjadwalan yang saat ini masih banyak dipakai yaitu Class Based Queuing (CBQ). HTB diklaim menawarkan kemudahan pemakaian dengan teknik peminjaman dan implementasi pembagian traffic yang lebih akurat [1].
Melihat permasalahan yang terjadi maka dilakukan analisis pada kedua metode yaitu DiffServ dan HTB untuk mengetahui kinerja dan performa dengan parameter QoS (delay, jitter, packet loss, throughput.). Diharapkan analisis kinerja Quality of Service (QoS) dengan menggunakan metode Differentiated Services (DiffServ) dan Metode Hierarchical Token Bucket (HTB) dapat menghasilkan kualitas jaringan yang baik. Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah untuk mengetahui bagaimana kinerja dari metode DiffServ dan HTB untuk mengetahui nilai Quality of Service (QoS) dari kedua metode tersebut, sehingga didapatkan metode yang paling cocok untuk (QoS) video streaming.
2. Tinjauan Pustaka
Penelitian terdahulu yang diambil dalam penelitian ini berjudul “Analisis dan Implementasi Quality of Service (QoS) Dari Layanan Video Streaming Pada Local Area Network (LAN) Dengan Menggunakan Differentiated Services”. Pada penelitian ini dilakukan implementasi dan perancangan pada suatu topologi dengan menggunakan metode Differentiated Services sebagai QoS dan melihat pengaruh algoritma DiffServ tersebut terhadap throughput, delay, jitter, dan packet loss yang terjadi pada video streaming akibat adanya suatu traffic berupa flood UDP (User Datagram Protocol). Adapun hasil dari penelitian ini adalah Congestion pada jaringan dapat menyebabkan menurunnya kinerja jaringan tetapi hal ini dapat diatasi dengan menerapkan pembedaan kelas pada arsitektur Diffserv [2].
Penelitian terdahulu yang kedua adalah penelitian yang berjudul “Analisis QoS Video Streaming Pada Jaringan Wireless Menggunakan Metode HTB (Hierarchical Token Bucket)”. Tujuan dari penelitian ini adalah konfigurasi manajemen bandwidth yang lebih efektif dan efisien menggunakan metode HTB dan pengaruhnya terhadap QoS. Adapun penelitian ini menggunakan PC router berbasis Linux, dikarenankan sifatnya yang opensource dan handal dalam mengatasi masalah pembagian bandwidth [3].
Penelitian terdahulu yang ketiga berjudul “Analisis Quality of Services Bebasis Web”. Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah mengetahui penggunaan QoS pada streaming video berbasis web. Adapun hasil yang didapatkan adalah dengan QoS performa jaringan lebih baik, selain itu codec video juga berpengaruh dalam kualitas layanan disebabkan tiap codec mempunyai ukuran bitrate, frame per second, resolusi yang berbeda sehingaga management bandwidth harus juga memperhatikan codec yang digunakan [4].
Quality of Service (QoS) merupakan sekumpulan teknik dan mekanisme yang menjamin performansi dari jaringan komputer di dalam penyediaan layanan kepada aplikasi aplikasi di dalam jaringan komputer [5]. Delay didefinisikan sebagai lamanya waktu yang diperlukan oleh paket data untuk sampai ke tujuan. Adapun cara mengitung delay sebagai berikut:
Delay = (Time Span / Total Packet Sent)
Time Span adalah total waktu pengiriman paket pertama sampai terakhir dengan satuan s (second) dan Total Packet Sent adalah jumlah paket yang berhasil terkirim. Throughput adalah kecepatan rata-rata data yang diterima oleh suatu suatu node dalam selang waktu pengamatan tertentu. Adapun persamaan yang digunakan untuk mendapatkan nilai throughput adalah:
Total Bytes Sent adalah jumlah data yang berhasil terkirim dan Time Span adalah total waktu pengiriman paket pertama sampai terakhir dengan satuan s (second). Jitter merupakan variasi dari delay, di mana terdapat perbedaan delay pada paket-paket yang dikirimkan pada aliran paket-paket data (Data Flow) yang sama [6]. Packet Loss merupakan suatu parameter yang menunjukkan jumlah total paket yang hilang, dapat terjadi karena collision dan congestion pada jaringan. Hal ini berpengaruh pada semua aplikasi karena retransmisi akan mengurangi efisiensi jaringan secara keseluruhan meskipun jumlah bandwidth cukup tersedia untuk aplikasi-aplikasi tersebut. Umumnya perangkat jaringan memiliki buffer untuk menampung data yang diterima. Jika terjadi congestion yang cukup lama, buffer akan penuh, dan data baru tidak akan diterima. Bandwidth adalah lebar pita jaringan computer yang menentukan kecepatan akses jaringan komputer [6].
HTB merupakan sebuah sistem untuk mengatur dan mengontrol kapasitas bandwidth. Pada sebuah service provider harus memiliki pengaturan bandwidth yang efisien dan efektif [7]. Untuk mendapatkan hasil tersebut diperlukan sebuah sistem dan HTB inilah merupakan salah satu yang memilki sistem yang efisien untuk menghasilkan pengaturan bandwidth yang optimum.
Gambar 1. Alur Kerja HTB (Chanifa,2012)
maka paket data akan dipotong atau di jatuhkan (drop). Ceil adalah parameter untuk menentukan peminjaman bandwidth antar kelas (class), peminjaman bandwidth dilakukan class paling bawah ke kelas di atasnya, teknik ini disebut link sharing [8]. Teknik antrian HTB memberikan fasilitas pembatasan traffic pada setiap level maupun klasifikasi, bandwidth yang tidak terpakai bisa digunakan oleh klasifikasi yang lebih rendah. Selain itu HTB dapat dilihat seperti suatu struktur organisasi dimana pada setiap bagian memiliki wewenang dan mampu membantu bagian lain yang memerlukan [10].
Gambar 2. Contoh Struktur Pembagian Bandwidth Pada HTB (Chanifa,2012)
DiffServ adalah skema implementasi QoS yang menyediakan layanan yang berbeda dengan membagi traffic dan memperlakukan setiap kelas secara berbeda. Identifikasi kelas dilakukan dengan memasang semacam kode yang disebut Differentiated Service Code Point (DSCP), ke dalam paket IP. Ini dilakukan tidak dengan header baru, tetapi dengan menggantikan field TOS (type of service) di header IP dengan DS field [11].
Gambar 3. Alur Kerja Diffserv (Wulansari dkk, 2016)
3. Metode Penelitian
Metode yang digunakan pada peneltian ini adalah PPDIOO (Prepare, Plan, Design, Implement, Operate And Optimize) adalah sebuah metode penelitian yang dikembangkan oleh Cisco System [12]. Metode ini terdiri dari 6 tahapan yaitu: Prepare adalah tahap untuk menyusun rencana kerja agar penelitian dapat berjalan dengan baik, baik dari segi keuangan maupun dari strategi yang akan digunakan. Setelah rencana kerja tersusun kemudian mempersiapkan semua kebutuhan penelitian yaitu kebutuhan perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software). Tahapan yang kedua adalah Plan, Plan adalah tahap untuk menyiapkan perangkat keras dan perangkat lunak yang digunakan dalam proses pengujian, adapun perangkat lunak yang digunakan yaitu OS Linux Ubuntu 14.0, VLC Media Player, Wireshark. Selain itu perangkat lunak yang digunakan antara lain, 5 PC, 3 Network Interface Controller, 4 Kabel LAN, masing — masing 1 meter. Skenario pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut:
Melakukan video streaming pada jaringan lokal dengan menggunakan metode Differentiated Service (DiffServ) dari PC 1 ke PC 2 dengan melewati 3 router yang telah dikonfigurasi dengan Diffserv, adapun ukuran file video sebesar 30 MB. Proses pengambilan data dilakukan selama 60 detik dan pengambilan dilakukan sebanyak 30 kali. Selanjutnya melakukan video streaming pada jaringan lokal dengan metode Hierarchical Token Bucket yaitu dengan mengatur bandwidth masing masing host untuk streaming video. Proses pengambilan data dilakukan selama 60 detik dan pengambilan dilakukan sebanyak 30 kali dengan ukuran file 30 MB dan melakukan analisis dari data yang didapatkan dari kedua metode, berdasarkan dengan dengan parameter QoS yaitu throughput, delay, jitter, dan packet loss.
Tahap ketiga yang dilakukan adalah design, design adalah tahap merancang topologi dan script konfigurasi yang akan digunakan pada arsitektur jaringan Differentiated Services dan Hierarchical Token Bucket pada jaringan Local Area Network dengan menggunakan PC yang menjalankan OS Linux Ubuntu 14.04
Gambar 4.Design topologi jaringan DiffServ dan HTB
Hierarchical Token Bucket (HTB), selanjutnya mengalirkan traffic yaitu video stream dengan menggunakan protocol RTP dari PC 1 ke PC 2 menggunakan software VLC Media Player melewati 3 router untuk menguji keunggulan dan kelemahan dari masing – masing metode Differentiated Service (Diffserv) dan Hierarchical Token Bucket (HTB).
Pada tahap operate dilakukan percobaan sistem yang sudah dilakukan. Percobaan yang dilakukan adalah menjalankan video streaming dengan jaringan Diffserv dan jaringan yang menggunakan HTB. Pada tahap ini dapat dilakukan pemecahan masalah yang timbul selama proses pengambilan data yang mengakibatkan tidak berjalannya proses komunikasi secara baik dalam jaringan optimal. Tahap terakhir adalah optimize, optimize adalah tahapan terakhir dimana setelah melakukan analisa, sistem dapat diperbaharui sesuai dengan kebutuhan agar sistem menjadi lebih baik dari sebelumnya, karena mungkin saja sebelumnya sistem tidak dapat bekerja dengan optimal.
4. Hasil dan Pembahasan
Pada penelitian ini digunakan satu file video dengan format MPEG-4 dan codec H.264 berukuran 30 MB berdurasi 60 detik dengan resolusi video 1280 x 720. Kemudian dilakuan 30 kali pengujian streaming video dengan lama masing pengujian adalah 60 detik menggunakan protocol UDP (User Datagram Protocol) pada topologi jaringan Diffserv, untuk jaringan yang menggunakan HTB digunakan prosedur pengujian yang sama dengan Diffserv. Dalam menerapkan Diffserv pada jaringan berbasiskan linux digunakan fitur iptables yang sudah terintergrasi pada OS Linux. Adapun Rules yang digunakan untuk firewall pada router Diffserv (R1, R2, R3) adalah sebagai berikut:
Kode 1 : Konfigurasi Diffserv untuk koneksi inbound ke client video streaming.
Kode 2 : Konfigurasi Diffserv untuk koneksi outbound dari server video streaming.
(Linux Packet Filtering and iptables, http://www.linuxtopia.org/Linux_Firewall_iptables/x4172 .html)
Pada OS Linux, iptables berfungsi sebagai alat untuk melakukan penyaringan terhadap lalu lintas data. Mangle memiliki fungsi untuk menandai sebuah koneksi atau paket data, yang melewati route, masuk ke router, ataupun yang keluar dari router. Postrouting merupakan koneksi yang akan keluar dari router, baik untuk traffic yang melewati router ataupun yang keluar dari router [13]. Selanjutnya terdapat protokol yang digunakan yaitu UDP lalu port server video streaming
iptables -A POSTROUTING -t mangle -p udp --dport 49152 -j DSCP --set-dscp 0x20
(PC1) yaitu 5004 dan port client (PC2) yaitu 49152, lalu tentukan DSCP yang akan digunakan yaitu 0x20 (CS4) seperti yang terlihat pada Kode 1 dan 2.
Konfigurasi pada server HTB (R2), router R2 dipilih karena router ini memiliki posisi sebagai jembatan antara jaringan server dan client sehingga lebih mudah menjangkau kedua sisi server dan client. Konfigurasi dimulai dengan install paket HTB-tool, HTB-tool merupakan software yang digunakan untuk manajemen bandwidth yang berjalan pada platform Linux. Cara penggunaan HTB-Tool adalah melalui terminal pada Linux. Hal-hal yang dilakukan untuk konfigurasi HTB pada server adalah sebagai berikut:
Kode 3 : Download paket HTB-Tool.
Kode 4 : Install paket HTB-Tool.
Kode 5 : Ubah hak akses rc.htb agar hasil konfigurasi dapat diterapkan.
Kode 6 : Konfigurasi file HTB untuk pengaturan bandwidth untuk server.
Kode 7 : Management bandwidth pada sisi server.
Kode 8 : Konfigurasi file HTB pada R2 untuk pengaturan bandwidth pada client. Wget http://htb-tools.skydevel.ro/request.php?20
tar -zxvf HTB-tools-0.3.0a-i486-1.tgz -C /usr/local/src/
nano /etc/htb/eth0-qos.cfg
class class_1 { bandwidth 4096; limit 4096; burst 2; priority 1; client client_1 { bandwidth 1024; limit 2048; burst 2; priority 1; dst {
10.1.0.2/16; };
}; };
class default { bandwidth 8; };
nano /etc/htb/eth1-qos.cfg
Kode 9 : Management bandwidth pada sisi client.
Kode 10 : Jalankan service HTB pada kedua interface:
(Balan & Potorac, 2010).
Berdasarkan Kode 7 dan 9 terdapat satu kelas yaitu class class_1 dan class default, sebuah kelas bisa memiliki banyak client sesuai dengan kebutuhan. Bandwidth adalah garansi bandwidth yang dialokasikan untuk LAN, pada pengujian digunakan bandwidth 1Mbps. Limit adalah maksimal bandwidth yang bisa dicapai untuk LAN, pada konfigurasi digunakan limit 2Mbit/s karena codec H.264 memerlukan bandwidth ideal 2Mbit/s . Dst adalah IP address dari client, dalam konfigurasi diatas yang terdapat dua interfaces yang digunakan yaitu eth0 dan eth1. Interface eth0 merupakan interface yang terhubung dengan server video streaming (PC1) sedang eth1 terhubung dengan client video streaming (PC2). Apabila semua class tidak sesuai dengan pengecekan maka secara otomatis akan dilemparkan ke class default dalam konfigurasi default bandwidth yang digunakan adalah 8 Kbit/s Setelah konfigurasi router Diffserv dan HTB telah selesai, dilakukan capture paket – paket dengan software wireshark yang ada di PC 2, kemudian dilakukan analisis statistik dengan parameter QoS pada paket-paket yang telah didapatkan dari proses capture.
(PHB). PHB bertanggung jawab untuk menentukan penjadwalan, pentransmisian paket, menerjemahkan label menjadi antrian sebelum diteruskan, sehingga selang waktu untuk pengiriman paket video lebih kecil, sedangkan HTB memiliki nilai delay yang lebih besar namun lebih stabil, hal ini disebabkan teknik penjadwalan paket yang dimiliki HTB menklasifikasikan paket ke dalam kelas-kelas yang nantinya dikirim sesuai dengan pembagian bandwidth oleh estimator tanpa prioritas tertentu, semua paket pada jaringan HTB ditransmisikan tanpa adanya perlakuan khusus terhadap paket data tertentu, sehingga selang waktu lebih besar namun lebih stabil karena adanya jaminan dan pembatasan bandwidth.
Tabel 1 Nilai Delay Pada Pengukuran File Video Dengan Menggunakan DiffServ dan HTB. N Diffserv (Milisecond) HTB (Milisecond)
Menurut standar ITU-T G.1010 untuk QoS (End-UserMultimedia QoS Catagories) delay yang mencapai lebih dari 450ms masuk ke dalam kategori unnaceptable, 300ms sampai dengan 450ms masuk ke dalam kategori poor, 150ms sampai dengan 300ms masuk ke dalam kategori good sedangkan delay yang kurang dari 150ms masuk ke dalam kategori excellent.
Gambar 4 Grafik Perbandingan Nilai Delay Diffserv dan HTB.
Hasil pengujian dengan parameter throughput dapat dilihat pada Tabel 2. Dari Tabel 2 dapat diketahui nilai throughput dari Diffserv lebih tinggi yaitu 1.846Mbit/s. Hal ini disebabkan layanan video streaming pada Diffserv mengalami perbaikan throughput yang dikarenakan sistem pritoritas yang diterapkan. Dengan mengatur prioritas trafik layanan video streaming diatas dari background traffic yang lain, membuat nilai throughput mengalami peningkatan. Sedangkan nilai throughput HTB lebih kecil yaitu 1.747Mbit/s namun lebih stabil, hal ini dikarenakan teknologi HTB memiliki parameter ceil dan rate yang menjamin dan membatasi bandwidth sehingga bandwitdh tetap terjaga dan nilai throughput tetap stabil, sehingga traffic yang ada sesuai dengan rules bandwidth yang ditentukan namun cenderung lebih stabil karena adanya jaminan bandwidth yang diberikan HTB, seperti terlihat pada Gambar 6.
masuk ke dalam kategori Sangat Bagus. Dari standar yang digunakan, kedua jaringan yang ada masuk ke dalam peak kategori Sangat Baik karena nilai rata-rata jitter dari kedua jaringan adalah 0ms.
Tabel 3 Nilai Jitter Pada Pengukuran File Video Dengan Menggunakan DiffServ dan HTB. N Diffserv (Milisecond) HTB (Milisecond)
1 4.319 12.301
Berdasarkan hasil dari Tabel 4, pengukuran nilai packet loss yang dilakukan didapatkan hasil bahwa nilai paket loss Diffserv dan HTB adalah sebanyak 537 (3%) dan 326 (5.2%). Hal ini terjadi karena teknik pengiriman video dengan resolusi 720p (High Definition) yaitu dengan unicast yang berjalan diatas protokol UDP membutuhkan bandwidth cukup besar, dan membuat paket-paket yang telah di dikirim seringkali mengalami kerusakan dan tidak akan mendapat retransmisi sehingga pada kedua terdapat packet loss. Nilai packet loss masih berhubungan dengan nilai jitter yang telah didapat sebelumnya, dimana nilai jitter dari Diffserv sebih sedikit dibanding HTB, sehingga dengan demikian hal ini berpengaruh pada nilai packet loss pada kedua metode.
Tabel 4 Nilai Packet Loss Pada Pengukuran File Video Dengan Menggunakan DiffServ dan HTB.
N Diffserv HTB
Sedangkan nilai packet loss dari Diffserv masih lebih kecil karena Diffserv memiliki buffer management yang terlebih dahulu mengatur klasifikasi paket-paket berdasarkan kelas-kelas sebelum diteruskan ke packet scheduler sehingga terjadinya congestion dapat dimimalisir. Menurut standar ITU-T G.1010 untuk Quality of Service (QoS) (End-User Multimedia QoS Catagories) packet loss terbagi dalam beberapa kategori. 16% sampai dengan 25% masuk ke dalam kategori Jelek, 4% sampai dengan 15% masuk ke dalam kategori Sedang, 1% sampai dengan 3% masuk ke dalam kategori Bagus sedangkan 0% masuk ke dalam kategori Sangat Bagus. Sesuai dengan pengujian yang dilakukan, maka nilai packet loss dari metode Diffserv masuk ke dalam kategori Bagus dan metode HTB masuk kedalam kategori Sedang.
Gambar 8 Grafik Perbandingan Nilai Paket Loss Diffserv dan HTB.
5. Simpulan
Berdasarkan hasil pengujian pada kedua metode yaitu Diffserv dan HTB dengan paramater QoS (delay, jitter, throughput, packet loss), didapatkan hasil nilai delay, throughput, dan packet loss dari Diffserv lebih baik karena teknologi yang dimiliki Diffserv menklasifikasikan paket-paket kedalam kelas-kelas dan memberi prioritas terhadap layanan tertentu, sehingga pengiriman paket lebih maksimal. Sedangkan HTB memiliki teknik management bandwidth yang sangat baik yaitu dengan memanfaatkan seluruh bandwidth yang tidak terpakai pada sebuah jaringan, sehingga layanan tetap terjaga walaupun transmisi paket tidak secepat Diffserv namun lebih stabil dan efisien bandwidth.
6. Daftar Pustaka
[1] Pangera, A, Abbas., 2000., Analisis Perbandingan HTB dan CBQ untuk Mengatur Bandwidth menggunakan Linux, HTB vs CBQ. (hal 1- 14).
Local Area Network (LAN) Dengan Menggunakan Differentiated Services, Bandung : Universitas Telkom.
[3] Janius, D.H., 2013., Analisis QoS Video Streaming Pada Jaringan Wireless Menggunakan Metode HTB (Hierarchical Token Bucket)., Pekanbaru : UIN Sultan Syarif Kasim Riau.
[4] Lipu, R.K., 2013., Analisis Quality of Services Bebasis Web, Salatiga : UKSW.
[5] Pratama, A.E., 2015., Jaringan Komputer Teori dan Praktik Berbasiskan Open Source, Bandung : Informatika (hal. 547).
[6] Jonathan, Pradana., 2011., Antony., Network Traffic Management, Quality of Service (Qos), Congestion Control dan Frame Relay, QOS. (hal. 12-24). [7] Chanifa, I.A., 4 Juli 2012., Managemen Bandwidth menggunakan HTB dan
CBQ., diakses 10 November 2016 (https://tomatcoklat.wordpress.com /2012/07/04/managemen-bandwidth-menggunakan-htb-dan-cbq/).
[8] Putri, M.A., 2009., Penerapan Metode QoS Pada jaringan Traffic Yang Padat, Fakultas Ilmu Komputer University Sriwijaya.
[9] Rifiani, Vina., 2010., Analisa Perbandingan Metode Routing Distance Vector dan Link State pada Jaringan Packet.
[10] Santosa, Budi.. 2007., Manajemen Bandwidth Internet dan Intranet. HTB. (Hal 1-27)
[11] Czerny, D., 2011., MPLS-Traffice Engineering—Diffserv Aware(DS-TE). Indiana: College of Technology Master Theses. Paper 48, Purdue University.
[12] Sean Wilkins, 2011., Cisco’s PPDIOO Network Cycle., Indianapolis: CISCO Press.
[13] Anonim., Penggunaan Custom Chain pada Firewall MikroTik. Diakses 24 November 2016 (http://www.mikrotik.co.id/artikel_lihat.php?id=146).
[14] Wulansari, Fitri., Munadi, Munadei., Mayasari,Ratna,. 2016., Analisis Jaringan MPLS-TE Fast Reroute Menggunakan Metode QoS Diffserv Berbasis Server OpenIMSCore., Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi 2016., Yogyakarta.
